Основные закономерности пластического деформирования металлов

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ [c.135]

При подготовке третьего издания книги Механические свойства металлов многие главы переработаны с учетом современных представлений об особенностях процессов деформирования и разрушения, а другие дополнены. Так, глава 1 дополнена рассмотрением кинетики и вариационных принципов деформации и разрушения, механических состояний деформируемых тел и структурных изменений при нагружении. В главе 3, наряду с основными закономерностями пластического деформирования, рассмотрены вязкость и ползучесть материалов. Глава 4 о состоянии разрушения полностью переделана с учетом кинетики процесса разрушения (рассматриваются три стадии разрушения докритическая, критическая и закритическая—ускоренная). [c.16]

Установлено, что на восходящей ветви нагрузки происходит дискретное подрастание сигнала АЭ. Основное формирование зоны пластической деформации происходит в полуцикле закрытия трещины. В этот момент наблюдается непрерывный сигнал АЭ, соответствующий протеканию процессов пластического деформирования металла. Вместе с тем на ее фоне видны импульсы дискретных сигналов АЭ, которые следует интерпретировать как свидетельство подрастания трещины. Ранее подобные закономерности формирования сигналов АЭ наблюдали различные авторы [188, 259, 260]. Однако непрерывному сигналу АЭ отводилась роль характеристики процесса контактного взаимодействия берегов усталостной трещины непосредственно в ее вершине в полуцикле разгрузки образца [188]. Описываемые нами формирования сигналов АЭ при стационарном режиме нагружения не имеют отношения к контактному взаимодействию берегов усталостной трещины, поскольку относятся к стадии формирования усталостных бороздок на всем фронте трещины. При этом для испытываемых образцов в перемычках между площадками с усталостными бороздками не были выявлены продукты фреттинга. Последнее позволяет утверждать, что в полуцикле разгрузки образца вклад в непрерывный характер сигналов АЭ процесса контактного взаимодействия берегов усталостной трещины отсутствовал. Это подтверждается тем, что сами усталостные бороздки не имеют следов пластического деформирования, отвечающего за контактное взаимодействие ответных частей излома. Помимо этого, рассматриваемое контактное взаимодействие берегов трещины в перемычках должно вносить одинаковый вклад в формирование сигналов АЭ — как на восходящей, так и на нисходящей ветви нагружения. Однако сигнал АЭ непрерывного типа на восходящей ветви нагружения не зафиксирован в экспериментах. [c.203]

Процессу пластического деформирования металлов и сплавов характерны следующие основные закономерности [c.93]

Многими исследованиями выявлены основные закономерности изменения предела усталости титановых сплавов в результате горячей пластической обработки, которая в общем случае значительно повышает усталостную прочность литого металла. Деформация в температурной обЛасти существования а + р-фаз по сравнению с деформацией в Р-области дает заметно большие значения усталостной прочности титановых сплавов. Так, для сплава типа ВТ6 ковка в р-области понизила предел усталости по сравнению с ковкой в а + Р-области на 12%, при этом высокотемпературные нагревы в Р-области снижают усталостные свойства даже в случае последующей нормальной деформации в а + Р-области [139]. Замечено существенное значение степени горячей пластической обработки чем более деформирован металл при прочих равных условиях, тем выше его усталостная прочность. При этом наибольшее возрастание предела усталости происходит при величинах деформации до 3—4-кратных. При большей деформации изменение усталостных свойств невелико. Наиболее высокие значения усталостной прочности титановых сплавов можно получить применением рациональной термомеханической обработки. [c.144]

Теория пластичности металлов изучает основные закономерности их пластической деформации, а также разрабатывает теоретические основы методов расчета напряженно-деформированного состояния металла при его обработке давлением. Условно различают физическую, математическую и прикладную теории пластичности. Физическая теория пластичности на основе реального кристаллического строения металлов и дефектов их кристаллических решеток изучает механизм пластической деформации, влияние холодной и горячей пластической деформации на механические, физические и химические свойства металла. [c.6]

Хотя для всех металлов основной причиной неупругого деформирования в области многоцикловой усталости и является процесс пластического деформирования отдельных перенапряженных объемов материала, протекание этих процессов в различных металлах при разных условиях и длительностях нагружения может быть существенно отличным и привести к различной взаимосвязи закономерностей усталостного разрушения и неупругого деформирования. О некоторых общих закономерностях неупругого деформирования монокристаллов молибдена различной ориентировки, крупнозернистого никеля в отожженных состояниях и углеродистой стали 45 в состоянии поставки в области многоцикловой уста лости можно судить по данным, приведенным на рис. 97 и 98 [4, [c.121]

Под действием переменных напряжений в деталях механизмов и металлоконструкций ПТМ происходит постепенное накопление повреждений. Этот процесс называется усталостью, а способность деталей сопротивляться усталости — циклической прочностью или выносливостью. В начальной стадии накопления циклических повреждений происходят пластические деформации отдельных кристаллов, из которых состоит металл. Эти пластические деформации вызывают перераспределение напряжений, и на поверхности ряда кристаллов возникают линии сдвига. Пластическое деформирование сопровождается упрочнением отдельных зон кристаллов и одновременно разрыхлением структуры в области внутрикристаллических дефектов. Под действием переменных напряжений, превышающих определенный уровень, начинают образовываться из линий сдвига микротрещины. Развиваясь, микротрещины переходят в макротрещины. Последние приводят к уменьшению прочностного сечения детали, и после того как размер трещины достигает предельного значения, наступает хрупкое разрушение детали. Таким образом, процесс усталостного разрушения можно разделить на две стадии [27]. Первая стадия — до начала образования макротрещины, вторая — от момента ее образования до разрушения детали. В настоящее время еще нет достаточно апробированных общих оценок закономерностей распространения трещин в деталях ПТМ сложной конфигурации. В связи с этим расчеты циклической прочности как до образования макротрещин, так и до полного разрушения носят идентичный характер [20]. Известно, что пределы выносливости, определенные по условию образования трещины и по условию оконча тельного разрушения, совпадают при коэффициентах концентрации аа < 2 -Ь 3. При высоких коэффициентах концентрации количество циклов, при которых происходит развитие макротрещины с момента ее образования до разрушения сечения, составляет 70—80 % от общего ресурса детали. Развитие усталостной трещины происходит в результате циклических деформаций в области вершины трещины. Установлено, что в общем случае распространение макротрещины от появления до полного разрушения детали можно разделить на три этапа [27], Первый этап характеризуется малой скоростью распространения трещины вдоль полос скольжения. На втором (основном) этапе трещина растет с примерно постоянной скоростью. На третьем этапе, когда трещина имеет уже большие размеры, скорость роста увеличивается и происходит мгновенное хрупкое разрушение (долом) детали. В то же время экспериментальные и теоретические исследования так же, как и эксплуатационные наблюдения, свидетельствуют о том, что не всегда появление трещины усталости приводит к разрушению детали (образца) [27]. В ряде случаев возникают нераспространяющиеся трещины или трещины с весьма малой скоростью роста. Очевидно, что разработка и использование возможностей уменьшения [c.121]

Пластическая деформация известна как эффективное средство формирования структуры металлов, сплавов и некоторых других материалов. В процессе деформации повышается плотность дислокаций, происходит измельчение зерна, растет концентрация точечных дефектов и дефектов упаковки. Совокупность этих изменений способствует образованию специфической микроструктуры. Основные закономерности формирования структуры в процессе пластической деформации определяются сочетанием параметров исходного структурного состояния материала и конкретными условиями деформирования, а также механикой процесса деформации. При прочих равных условиях основная роль в формировании структуры и свойств материала принадлежит механике процесса деформации — если она обеспечивает однородность напряженного и деформированного состояний по всему объему материала, то процесс деформации является наиболее эффективным. [c.75]

При пластическом течении деформации в объеме тела распределяются неравномерно, вследствие влияния сил трения на контакте с инструментом, наличия внешних недеформируемых зон и т. д. [66]. Вопрос о характере и закономерностях распределения деформаций в объеме пластически деформируемого тела является одним из основных и весьма сложных вопросов теории обработки металлов давлением. Однако при пластическом деформировании однородного металла деформация в ряде случаев может быть с достаточным основанием принята равномерной, что значительно облегчает решение практических задач. [c.113]

Как показывают исследования, резкое увеличение гидроэрозии проявляется в самом начале приложения нагрузки к образцу даже при относительно малых нагрузках и определяется механическими свойствами сплава. При дальнейшем увеличении нагрузки на этот же испытуемый образец рост интенсивности гидроэрозии почти приостанавливается или происходит очень медленно (рис. 45, кривая 1). При раздельном нагружении и испытании каждого образца в течение определенного времени наблюдается постоянное увеличение интенсивности эрозии с ростом растягивающей нагрузки (рис. 45, кривая 2). Такая закономерность гидроэрозии образцов при испытании под нагрузкой указывает на то, что создаваемое поле напряжений увеличивает интенсивность гидроэрозии главным образом в начальный период струеударного воздействия. Развитие пластической деформации, образование трещин и очагов разрушения приводит к разупрочнению поверхностного слоя и падению в нем напряжений от приложенной нагрузки. Сильно разупрочненный слой принимает на себя основное участие в интенсивном разрушении металла при струеударном воздействии. Более глубокие слои, в которых концентрируются напряжения от внешней нагрузки в период тотального развития гидроэрозии, участвуют в разрушении металла не в полной мере, так как они изолированы деформированным слоем. [c.78]

В процессе пластической деформации происходит взаимодействие дефектов кристаллической решетки, в частности, дислокаций, которое обусловливает деформационное упрочнение металлов. Современные теории стремятся объяснить наблюдаемые экспериментальные кривые деформационного упрочнения и определить зависимости напряжений и деформаций, исходя, в основном, из расположения и взаимодействия дислокаций. Справедливость различных теорий, каждая из которых содержит ряд произвольно выбранных параметров, обусловливается большим или меньшим соответствием экспериментальным данным [53]. Принципиально новые научные положения о стадийности пластической деформации, рассмотренные выше, отражают развитие и накопление в материале повреждений — деструкционный характер деформирования. Изучение напряжений и деформаций и их соотношения при деформировании с позиций выявления и оценки нарушений сплошности в материале и полученные в этом направлении результаты позволили установить закономерности поведения материала, вскрывающие деструкционный характер деформирования. Впервые на диаграммах напряжение — деформация выявлена критическая точка, которая определяет переход к преимущественно деструкционной стадии деформации. На основании параметров диаграммы 5—61/2 разработаны пути количественной оценки степени деструкции пластически деформированного металла. [c.22]

Теор ИЯ обработки Д еталлов давлением — это наука о физической сущности и закономерностях процессов пластической деформации металлов в различных технологических условиях. Основными ее задачами являются определение оптимальных условий для пластического деформирования металлов в холоднод и горячед состоянии и расчет необходимых усилий деформации с целью правильного выбора мощности оборудования. [c.148]

Науку о пластическом деформировании металлов в холодном и горячем состоянии, о физической сущности, физических и механических закономерностях этих процессов в различных технологических условиях назьшают теорией обработки металлов давлением. Основные задачи этой теории —выявление наиболее благоприятных условий пластического деформирования металла при различных процессах обработки металлов давлением, установление режимов обработки металлов давлением и определение величин усилий, необходимых для обработки металлов давлением. Решения задач теории обработки металлов давлением предопределяют наиболее рациональное построение технологии обработки металлов давлением, правильный выбор и рациональное использование оборудования и оснастки для обработки металлов давлением. [c.151]

Для сварных оболочек, имеющих в своем составе твердые прослойки, процесс деформирования всей конструкции описывасзтся практически теми же закономерностями, что и для однородных и определяется поведением менее прочного металла оболочки. В связи с этим основное внимание должно быть уделено анализу пластического деформирования оболочек, ослабленных мягкими прослойками. [c.93]

Установлены основные закономерности изменения предела выносливости титановых сплавов в результате горячей пластической обработки, которая в общем случае значительно повышает усталостную прочность литого металла. Деформация в области существования а- и /3-фаз по сравнению с деформацией в /Зюбласти несколько повышает значения усталостной прочности титановых сплавов. Так, по данным [ 117, с. 333 125 126], ковка сплава типа ВТ6 в /З-области понизила предел выносливости по сравнению с ковкой в (а+ /3) области на 12 %. По данным [117, с. 333], это повышение мало заметно. Существенное значение имеет степень горячей пластической обработки чем более деформирован металл при прочих равных условиях, тем выше его усталостная прочность. При этом наибольшее увеличение предела выносливости происходит при 6 = 300- 400 %. При большей степени деформации предел выносливости изменяется мало. [c.150]

Научная и практическая актуальность проблемы исследования физических закономерностей пластической деформации и разрушения поверхностных слоев твердого тела обусловлена тем обстоятельством, что свободная поверхность, являясь специфическим видом плоского дефекта в кристалле, оказьтает сзш1ественное влияние на его физико-механические свойства, в частности на упругую стадию деформирования, предел пропорциональности и предел текучести на общий характер кривой напряжение—деформация и различные стадии деформационного упрочнения (на коэффициенты деформационного упрочнения и длительность отдельных стадий) на процессы хрупкого и усталостного разрушения, ползучести, рекристаллизации и др. Знание особенностей и основных закономерностей микродеформации и разрушения поверхностных слоев материалов необходимо не только применительно к обычным методам деформировани (растяжение., сжатие, кручение, изгиб), но и в условиях реализации различного рода контактных воздействий, с которыми связаны многочисленные технологические процессы обработки материалов давлением (ковка, штамповка, прокатка и др.), а также процессы трения, износа, схватывания, соединения материалов в твердой фазе, поверхностных методов обработки и упрочнения, шлифования, полирования, обработки металлов резанием и др. [c.7]

Следу ет отметить, что рассмотренный подход учета эффекта неполной реализации контактного упрочнения мягких прослоек за счет вовлечения основного более твердого металла в пластическую деформацию бьш разработан на основе банка данных, полученных МКЭ для случая плоской деформации (v = О, л = 0,5 /91/). Вследствие этого для использования данного алгоритма чета (в форме (3.10)) на случай ра боты механически неоднородных соединений в составе тонкостенных обаючек давления, характеризующийся двухосным полем нагфяжений, изменяющимся в пределах [О, 1], необходимо было подтвердить возможность распространения установленных ранее закономерностей о напряженно-деформированном состоянии материалов вблизи границы раздела на случай произвольного соотношения натфяжений п в стенке оболочек. Для этого 6bLT выполнен расчет напряженно-деформированного состояния мягкой прослойки МКЭ в условиях ее нагружения в двухосном поле наряжений, [c.106]

Трение является диссипативным процессом, в котором основная часть работы внешних сил затрачивается на поглош,ение энергии материалом поверхностных слоев и образование теплоты. Процесс диссипации реализуется упругопластической деформацией поверхностных слоев металлов. При этом напряженно-деформированное состояние поверхностных слоев при трении имеет свои особенности. Так, в отличие от объемного напряженно-деформированного состояния, при трении максимальные напряжения возникают в микрообъемах поверхностного слоя. В связи с дискретностью контакта это происходит неодновременно и зависит от степени дискретности и условий трения, например, скорости скольжения. Так как в каждом микрообъеме при трении происходит циклическое изменение знака напряжений, то создаются условия для проявления эффекта Баушиигера. Одновременность деформации и диффузии элементов среды накладывает особенности на механизм пластической деформации, который определяется также важным следствием активации поверхностных слоев — увеличением дефектности структуры металлов и сплавов. В целом в механизме разрушения поверхностных слоев при трении первична упругопластическая деформация. Однако особенности и специфичность механизма пластической деформации до сих пор не позволили разработать физические основы и раскрыть закономерности поверхностного разрушения при трении. [c.5]

Накоплен большой экспериментальный. материал по исследованию закономерностей структурообразования при больших пластических деформациях [5, 8—13]. Вместе с тем теоретическое обобщение мпого-численных экспериментальных данных, полученных в последнее десятилетие, наталкивается на ряд серьезных и естественных трудностей. Во-первых, многообразие элементарных механизмов деформации и возможность их последовательного или параллельного проявления, перехода от одного (или нескольких совместно действующих) механизма к другому при изменении условий нагружения (температуры, скорости деформации, напряженного состояния, степени деформации и т. д.) и структуры материала практически исключают описание деформационного поведения на основе одного элементарного механизма. Мономеханизмы или их определенная совокупность могут проявляться в узком диапазоне изменения условий деформирования, и соответственно только для этих диапазонов возможно простое теоретическое описание процесса. Следовательно, варьируя условия деформирования (например, температуру или скорость), можно изменить механизм деформации. Хорошо известным примером является переход от скольжения к двойникованию с понижением температуры или при повышении скорости деформации, характерной для ОЦК металлов. Как показывает анализ, даже в этом случае, строго говоря, чистое двойникование, исключая малые степени деформации для поликристаллов или особые условия деформации монокристаллов, не имеет места, а развивается во взаимодействии с процессами скольжения, поэтому в основном речь идет о переходе от деформации скольжением к деформации с участием двух механизмов (скольжения и двойникования) (см. [5]). [c.196]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...